Physik vs Science Fiction

[Agent Scullie]

Hier noch ein Link, wo sehr schön das Problem mit der Relativität der Gleichzeitigkeit erläutert wird:

Schnellkurs Relativitätstheorie Teil 4

Dort ein Stück nach unten Scrollen, zum Kapitel 5 "Das Attentat auf Perry Rhodan"

[Agent Scullie]

Heißt das, die anderen Physiker, die es auf der Welt sonst noch so gibt, kein Interesse daran haben, eine FTL-kompatible Theorie zu konstrueren, die den beobachteten "Nachweisen" der SRT standhält, oder wollen sie nur nicht als Spinner gelten und halten sich deshalb mit ihren Theorien zurück ?

Das weiß ich nicht. Ich kann hier nur meine eigene Erfahrung wiedergeben, und die ist, dass es einmal Leute gibt, die was von Physik verstehen, und einmal solche, die sich ernsthaft Gedanken über eine FTL-Physik machen, beides zusammen aber eher selten anzutreffen ist.

Der einzige mir bekannte Buchautor, der sowohl Physik studiert hat als auch sich ernsthaft für Überlichtgeschwindigkeit zu interessieren scheint, ist Johannes von Buttlar. In seinen Büchern finden sich aber nur ausgesprochen detailarme Andeutungen eines "Twistorentriebwerks", mit dem ein Raumfahrzeug die Raumzeit trichterförmig in Flugrichtung verformen soll, oder einer "Geonen-Raumwand", die einem Kranz vergleichbar sein soll, in deren Kranzloch ein "Superraum" liege, in dem weder Raum noch Zeit existieren sollen. Kurzum: statt sich daran zu machen, eine eigene FTL-Physik zu erdenken, begnügt er sich damit, auf physikalische Theorien hinzuweisen, die seiner Ansicht nach eventuell FTL-Reisen ermöglichen könnten.

Edit: wie man hier:

Johannes von Buttlar ? Wikipedia

nachlesen kann, hat v. Buttlar nur nach eigenen Angaben Physik studiert, aber keinen Abschluss erzielt.

[irony]

Es gibt leider kaum jemanden, der die nötige Mischung aus Scifi-Begeisterung und Physikwissen mitbringt, so wie ich

Heißt das, die anderen Physiker, die es auf der Welt sonst noch so gibt, kein Interesse daran haben, eine FTL-kompatible Theorie zu konstrueren, die den beobachteten "Nachweisen" der SRT standhält, oder wollen sie nur nicht als Spinner gelten und halten sich deshalb mit ihren Theorien zurück ?

[Agent Scullie]

Ist es deiner Meinung nach möglich eine FTL-kompatible Theorie zu konstrueren, die den beobachteten "Nachweisen" der SRT standhält?

sagte ich das nicht bereits?
Wie so eine Theorie aussehen könnte, habe ich ja bereits skizziert:
Will man nur FTL-Kommunikation haben, reicht die Einführung einer bevorzugten Gleichzeitigkeit, um kausalen Schleifen zu vermeiden. Dass die Weltlinien der FTL-Signal raumartig sein würden, braucht einen nicht notwendigerweise zu stören.
Will man außerdem noch Raumschiffe mit FTL reisen lassen, braucht man einen Mechanismus, um die verstreichende Eigenzeit reell zu halten. Will man dabei am Raumzeit-Konzept festhalten, muss man dazu die Raumzeit-Metrik manipulieren, im Alcubierre-Stil.
Solange man dann keine Metrik-Manipulation durchführt und keine FTL-Signale benutzt, ist alles genauso wie in der SRT.

Im moment scheinen sich nur wenig ernstzunehmende Leute mit so etwas internsiver zu beschäftigen, die dann ihre Spintisiererein auf irgendwelchen Homepages veröffentlichen.

das ist wohl wohl. Es gibt leider kaum jemanden, der die nötige Mischung aus Scifi-Begeisterung und Physikwissen mitbringt, so wie ich

Emissionstheorien wurden ja größtenteils fallengelassen, siehe Wiki: Emissionstheorie

die würde ich auch nicht als ernstzunehmende Alternative in Betracht ziehen.

also würd mich interessieren, ob du irgendeine seriöse Theorie kennst, die versucht sich dieser Probkematik anzumehmen.

außer meinen eigenen Theorie wüsste ich da kaum etwas.

Unter Theorien mit bevorzugtem Bezugssystem ist der Klassiker die Lorentzsche Äthertheorie (LET). Relativistische Effekte werden Deformationen von Längen- und Zeitmaßstäben erklärt, die durch Bewegungen relativ zum Äther hervorgerufen werden, das bevorzugte Bezugssystem in Form des Ruhsystems des Äthers wird dadurch unerkennbar. Zumindest die Deformation von Längenmaßstäben ist auch keineswegs abwegig: man kann aus den Maxwell-Gleichungen ableiten, dass ein durch elektromagnetische Kräfte zusammengehaltener Körper lorentzkontrahiert wird, wenn er sich bewegt, weil die elektrischen Felder von bewegten Ladungen nicht mehr radialsymmetrisch sind. FTL-Kommunikation wäre in der LET kein Problem, die FTL-Signale müssten nur vom Äther unabhängig sein. Damit könnte man dann auch das Ruhsystem des Äthers detektieren. Anders steht es um FTL-Raumfahrt: das Raumschiff müsste dazu dem Einfluss des Äthers entzogen werden, was aber für ein Raumschiff, das durch ätherbasierte EM-Kräfte zusammengehalten wird, fatal wäre.

Es gibt eine Weiterentwicklung der LET, die Allgemeine Äthertheorie (GET), von einem gewissen Ilja Schmelzer (AFAIK Mathematiker und wohl Deutsch-Russe), die nicht nur die Aussagen der SRT, sondern auch der ART berücksichtigt. Die Krümmung der Raumzeit aus der ART wird als innere Spannung des Äthers gedeutet, das ist jedoch nich für alle Arten von Krümmungen möglich, die deswegen von der GET ausgeschlossen werden. Warpblasen vom Alcubierre-Typ gehören dazu, bei solchen würde die Ätherdichte innerhalb der Warpblase negativ werden. Als Grundlage für FTL-Raumfahrt sind Äthertheorien daher eher weniger geeignet.

Dann gibt es in der ART noch den ADM-Formalismus, der auf einer Foliation der Raumzeit, einer Zerlegung in raumartige Hyperflächen aufbaut. Im Rahmen einer Foliation hat man dann eine bevorzugte Gleichzeitigkeit. In der ART bleiben aber das Relativitätsprinzip und die Relativität der Gleichzeitigkeit dadurch erfüllt, dass man die Raumzeit unterschiedlich zerlegen kann, und alle Zerlegungen gleichberechtigt sind. Man kann jedoch den ADM-Formalismus als Ausgangspunkt für eine Weiterentwicklung der ART zu einer Theorie mit bevorzugtem Bezugssystem nehmen. Übrigens gibt es einen Zusammenhang zwischen dem ADM-Formalismus und der Alcubierre-Metrik: ADM zerlegt den metrischen Tensor der Raumzeit in eine Lapse-Funktion, einen Shift-Vektor und den metrischen Tensor des Raumes. Innerhalb einer Warpblase entspricht der Shift-Vektor der Geschwindigkeit der Blase (nur das Vorzeichen ist anders herum).

Der ADM-Formalismus ist auch in der Quantenkosmologie beliebt, dort betrachtet man die Raumzeit als einen Pfad auf dem sog. Superraum, von dem jeder Punkt eine 3-dim. raumartige Hyperfläche samit 3er-Raumgeometrie und einer Konfiguration nichtgravitativer physikalischer Feld ist. Demnach wird die Raumzeit von einem Stapel raumartiger Hyperfläche konstituiert, was man so deuten könnte, dass eine bestimmte Zerlegung der Raumzeit die "richtige" ist, und nicht mehr alle gleichberechtigt sind.

Eine Theorie, in der es möglicherweise eine bevorzugtes Bezugssystem gibt, ist die Loop-Quantengravitation. In dieser werden Raum und Raumzeit diskretisiert, es ist bislang unklar, ob das nun zu einem bevorzugten System führt oder nicht.

[mimesot]

Ist es deiner Meinung nach möglich eine FTL-kompatible Theorie zu konstrueren, die den beobachteten "Nachweisen" der SRT standhält?

Im moment scheinen sich nur wenig ernstzunehmende Leute mit so etwas internsiver zu beschäftigen, die dann ihre Spintisiererein auf irgendwelchen Homepages veröffentlichen.

Emissionstheorien wurden ja größtenteils fallengelassen, siehe Wiki: Emissionstheorie also würd mich interessieren, ob du irgendeine seriöse Theorie kennst, die versucht sich dieser Probkematik anzumehmen.

[Agent Scullie]

@ Agent Scullie (aber jeder ist eingeladen seinen Senf dazuzugeben)
Ich hab nen Knopf im Hirn.

Vorerst eine Definitionsfrage, damit wir über das selbe reden:
Bedeutet "nicht gleichberechtigt", dass ich in den Systemen nicht die gleichen physikalischen Gesetze habe oder, dass lediglich die Definition der Gleichzeitigkeit nicht überall die selbe Gültigkeit hat (im Sinne Gleichzeitig sind, sofern ich in der räumlichen Mitte bin, jene Ereignisse, deren emittierte Lichtstrahlen mich gleichzeitig erreichen.) Die Gleichwertigkeit der Gesetze abzuschaffen würde damit einhergehen, die SRT für nichtig zu erklären, daher reden wir über letzteres, die Gleichwertigkeit der Gleichzeitigkeit.

wir reden darüber, dass nicht die gleichen Gesetze gelten. Was allerdings nicht ausschließt, dass es Gesetze gibt, die weiterhin in allen Inertialsystemen gleichermaßen gelten. Dass wir das bevorzugte System bislang nicht entdeckt haben, kann man dann darauf zurückführen, dass die bislang untersuchten Gesetzen zu denen gehören, die invariant sind.

Die SRT ist dann natürlich insofern nichtig, dass eines ihrer Grundpostulate, eben die Gleichberechtigung aller Inertialsysteme hinfällig ist. Was nicht bedeutet, dass alle ihre bislang überprüften Aussagen ebenfalls nichtig wären.

Ich schaffe jetzt die Relativität der Gleichzeitigkeit für mein System A ab <=> ich zeichne ein anderes System A' nur bezüglich dieser Aussage hervor. Ich (A) bewege mich bezüglich diesem ausgezeichneten System A'. Unsere Schiffe seien gerade am selben Ort. Das Schiff in A' schickt blinkende Leuchtbojen nach rechts und links mit gleicher Geschwindigkeit aus. Sollte besser sagen in meine Flugrichtung und dagegen. Das Schiff in A' sieht beide seiner Bojen synchron blinken. Ich nicht, aber ich kann ja Lichtsignale zählen. Die Zeit "von Vorne" geht also anders als die "von Hinten" (Sorry für diese Begriffe). Wie kann ich daran nun im Schiff in A eine Gleichzeitigkeit definieren.

Ich, das Schiff das bzgl A ruht, hab nun auch 2 blinkende Bojen nach vorn und nach hinten ausgesandt. Bei Relativität der Gleicheitigkeit würden die von mir wegfliegenden Bojen, synchron blinken. Als gleichzeitig definiert und empfunden. Jetzt schafften wir die Relative Gleichzeitigkeit ab, hingegen wissend, dass die Zeit "von Vorne" schneller vergeht als "von Hinten". Damit geht leider automatisch meine eigene vordere Boje zu langsam, und die hintere zu schnell. Ich könnte nun meinen, deren Zeit verginge anders, weil eingestellt hatte ich sie ja gleich. Aber sie bewegen sich mir bezüglich ja mit gleicher Geschwindigkeit, der Effekt ist aber nicht symmetrisch sondern antisymmetrisch. Meine Physik spielt in A verrückt.

Du hast gewissermaßen zwei Möglichkeiten, deine Gleichzeitigkeit zu definieren, nämlich einmal über deine Bojen, die Lichtsignale emittieren, und einmal mit Hilfe von FTL-Signalen. Definierst du sie über die Lichtsignale, gehen die Borduhren beider Bojen gleich schnell, entsprechend blinken die Bojen synchrin in den gleichen Zeitintervallen, und die Lichtsignale kommen zeitgleich bei dir an.

Wenn die Bojen jetzt aber zusätzlich FTL-Signale aussenden, die wir der Einfachheit halber als so schnell annehmen dass sie praktisch instantan ankommen, so halten sich diese an die Gleichzeitigkeit des bevorzugten Systems A'. In A' haben deine beiden Bojen nun unterschiedliche Geschwindigkeiten, da sie für dich beide gleichschnell sind und du in A' bewegt ist. Die vordere Boje ist aus Sicht von A' daher schneller bewegt und entsprechend stärker zeitdilatiert, die Borduhr der vorderen Boje läuft somit langsamer als die der hinteren. Deswegen werden die FTL-Signale aus A'-Sicht in unterschiedlichen Zeitintervallen emittiert und erreichen dich folglich zu unterschiedlichen Zeiten.

Wenn du (A) nun aber deine Gleichzeitigkeit über die Lichtsignale definiert hast, dann ist die Gleichzeitigkeit des bevorzugten Systems A' gegenüber deiner eigenen gekippt. Und zwar gerade so, dass aus deiner Sicht die FTL-Signale der vorderen Boje mit endlicher Überlichtgeschwindigkeit (nicht-instantan) bei dir ankommen, während sich die FTL-Signale der hinteren Boje für dich rückwärts in der Zeit bewegen. Die FTL-Signale beider Bojen werden dann zwar aus deiner Sicht gleichzeitig emittiert, erreichen dich aber zu ganz unterschiedlichen Zeiten, ganz so wie von A' aus betrachtet.

Definierst du also deine Gleichzeitigkeit über die FTL-Signale statt über die Lichtsignale, stellst du fest, dass die Borduhren deiner beiden Bojen unterschiedlich schnell gehen und die FTL-Signale zu unterschiedlichen Zeiten emittieren, ganz so wie es sich für A' darstellt.

Ich werde mal sehen, dass ich dir heute abend eine Grafik einstelle, die das ganze etwas anschaulicher illustriert.

Wenn ich jetzt keinen Denkfehler gemacht hab (ist ja um die Zeit nicht unwahrscheinlich und ich hab mir das grad erst aus den Fingern gezuzelt), dann geht also ein Abschaffen der Relativität der Gleichzeitigkeit mit der Abschaffung der Kovarianz der Physik einher. Das wäre aber eher furchtbar, find ich.

tja, du hast die Wahl, entweder FTL oder Lorentz-Kovarianz. Beides zusammen funktioniert nunmal nicht, solange man sich keine kausalen Schleifen reinhauen will.

Es fällt ja auch in eigentlich allen Scifi-Serien, in denen FTL zum Einsatz kommt, auf, dass die Autoren da wie selbstverständlich von einer absoluten Gleichzeitigkeit ausgehen, offenbar ohne sich überhaupt bewusst zu sein, damit eine Aussage der SRT umzustoßen. So treten bei FTL-Flügen nie Zeitdilatationseffekte auf ("Mission im All" von Stephen Caldwell mag da wohl eine Ausnahme sein, da wird Zeitdilatation aber nur sehr oberflächlich erwähnt), die Borduhren von Raumschiffen sind immer synchron mit Uhren z.B. auf der Erde. Ohne eine absolute Zeit wäre das kaum plausibel.

In "Von Stern zu Stern" von Robert A. Heinlein sieht man es noch deutlicher, dort wird nämlich praktisch dein Bojenexperiment in etwas abgewandelter Form umgesetzt: Raumschiffe fliegen zwar SRT-konform nur mit Unterlichtschwindigkeit, aber die Kommunikation mit der Erde und zwischen den Raumschiffen wird mittels Telepathie realisiert, von der man kurz zuvor entdeckt hat, dass sie instantan ist. Dabei treten immer zwei Partner eines Telepathenpaares in Kontakt, und als sich das Raumschiff der Lichtgeschwindigkeit annähert, nimmt der Partner auf der Erde die Gedanken des Partners auf dem Schiff aufgrund der Zeitdilatation als verlangsamt wahr, während umgekehrt der Partner auf dem Schiff die seines Partners als beschleunigt empfindet - in völligem Widerspruch zur SRT, nach der sich beide gegenseitig als zeitdilatiert sehen sollten.

Edit: wie versprochen, anbei die Grafik. Das obere Diagramm zeigt die Sicht von A'. Die blaue Linie ist deine Weltlinie, die beiden grünen Linien die Weltlinien deiner beiden Bojen. Die emittierten instantanen FTL-Signale sind als rosane Pfeile eingezeichnet (die Pfeilspitzen sind sehr dünn, daher kaum zu erkennen). Die diagonalen roten Linien stehen für die Lichtkegels deines Zusammentreffens mit A', und nur der Orientierung halber eingetragen. Die von den Bojen emittierten Lichtsignale habe ich weggelassen, du kannst sie dir aber als diagonale Linien dazudenken, wenn du es für wichtig hältst. Da die beiden Bojen aus A'-Sicht unterschiedlich schnell sind, sind sie auch unterschiedlich stark zeitdilatiert, deswegen sendet die vordere Boje ihre Signale mit geringerer Frequenz.

Das untere Diagramm zeigt deine eigene Sicht, unter der Annahme, dass du deine Gleichzeitigkeit über Lichtsignale definierst. Die grünen Weltlinien deiner beiden Bojen sind jetzt symmetrisch, und sie senden beide mit gleicher Frequenz. Die rosanen Weltlinien der FTL-Signale sind jetzt jedoch gekippt, da deine über Lichtsignale definierte Gleichzeitigkeit nicht mehr mit der von A' übereinstimmt. Deswegen kommen die Signale der beiden Bojen in unterschiedlichen Zeitintervallen bei dir an, obwohl die Bojen synchron senden.

Als zweite Grafik habe ich noch ein Diagramm beigefügt, dass illustriert, wie die Relativität der Gleichzeitigkeit zu einer kausalen Schleifen führt, wenn alle Inertialsysteme gleichberechtigt sind.

[mimesot]

@ Agent Scullie (aber jeder ist eingeladen seinen Senf dazuzugeben)
Ich hab nen Knopf im Hirn.

Vorerst eine Definitionsfrage, damit wir über das selbe reden:
Bedeutet "nicht gleichberechtigt", dass ich in den Systemen nicht die gleichen physikalischen Gesetze habe oder, dass lediglich die Definition der Gleichzeitigkeit nicht überall die selbe Gültigkeit hat (im Sinne Gleichzeitig sind, sofern ich in der räumlichen Mitte bin, jene Ereignisse, deren emittierte Lichtstrahlen mich gleichzeitig erreichen.) Die Gleichwertigkeit der Gesetze abzuschaffen würde damit einhergehen, die SRT für nichtig zu erklären, daher reden wir über letzteres, die Gleichwertigkeit der Gleichzeitigkeit.

Ich schaffe jetzt die Relativität der Gleichzeitigkeit für mein System A ab <=> ich zeichne ein anderes System A' nur bezüglich dieser Aussage hervor. Ich (A) bewege mich bezüglich diesem ausgezeichneten System A'. Unsere Schiffe seien gerade am selben Ort. Das Schiff in A' schickt blinkende Leuchtbojen nach rechts und links mit gleicher Geschwindigkeit aus. Sollte besser sagen in meine Flugrichtung und dagegen. Das Schiff in A' sieht beide seiner Bojen synchron blinken. Ich nicht, aber ich kann ja Lichtsignale zählen. Die Zeit "von Vorne" geht also anders als die "von Hinten" (Sorry für diese Begriffe). Wie kann ich daran nun im Schiff in A eine Gleichzeitigkeit definieren.

Ich, das Schiff das bzgl A ruht, hab nun auch 2 blinkende Bojen nach vorn und nach hinten ausgesandt. Bei Relativität der Gleicheitigkeit würden die von mir wegfliegenden Bojen, synchron blinken. Als gleichzeitig definiert und empfunden. Jetzt schafften wir die Relative Gleichzeitigkeit ab, hingegen wissend, dass die Zeit "von Vorne" schneller vergeht als "von Hinten". Damit geht leider automatisch meine eigene vordere Boje zu langsam, und die hintere zu schnell. Ich könnte nun meinen, deren Zeit verginge anders, weil eingestellt hatte ich sie ja gleich. Aber sie bewegen sich mir bezüglich ja mit gleicher Geschwindigkeit, der Effekt ist aber nicht symmetrisch sondern antisymmetrisch. Meine Physik spielt in A verrückt.

Wenn ich jetzt keinen Denkfehler gemacht hab (ist ja um die Zeit nicht unwahrscheinlich und ich hab mir das grad erst aus den Fingern gezuzelt), dann geht also ein Abschaffen der Relativität der Gleichzeitigkeit mit der Abschaffung der Kovarianz der Physik einher. Das wäre aber eher furchtbar, find ich.

PS: Ich könnte natürlich immer meine eigene Bojen immer mit der Relativgeschwindigkeit von A und A' zurücklorentzboosten, und mir das dann anschaun, aber das ist ja Schummeln, weil ich dann nicht mehr echter Beobachter in A bin, sondern ein bewegter in A'

Ich muss jetzt mal drüber schlafen. *gg*

[Agent Scullie]

Darf ich gleich die nächste Frage anhängen ... wenn ich die Gleichwertigkeit der Bezugssysteme wegnehme, müsste ich doch auch die Konstanz der Lichtgeschweindigkeit in allen Systemen abschaffen, oder nicht?

nein. Die Raumzeit kann ja weiterhin eine Minkowski-Metrik haben, die automatisch auf eine invariante Lichtgeschwindigkeit führt.

Es ist allerdings so, dass ein in einer Warpblase reisender Beobachter für einen Lichtstrahl außerhalb der Blase eine andere Geschwindigkeit misst als für einen innerhalb. Das aber liegt an der Krümmung der Raumzeit: in einer gekrümmten Raumzeit gilt die Invarianz der Lichtgeschwindigkeit nur noch lokal, da die Metrik nur lokal der Minkowski-Metrik entspricht. Das ist von der Existenz eines bevorzugten Bezugssystems völlig unabhängig.

[mimesot]

Darf ich gleich die nächste Frage anhängen ... wenn ich die Gleichwertigkeit der Bezugssysteme wegnehme, müsste ich doch auch die Konstanz der Lichtgeschweindigkeit in allen Systemen abschaffen, oder nicht?

Wenn dem so wäre, wie erkläre ich mir dann z.B. Zeitdilatation, welche ja als nachgewiesen gilt?

[Agent Scullie]

@McWire

Unter Vorraussetzung der Relativität der Gleichzeitigkeit aus der SRT, würde eine Fortpflanzung mit Überlichtgeschwindigkeit Wechselwirkungen ermöglichen, welche von unterschidlichen Bezugssystemen in unterscheidlicher Reihenfolge beobachtet werden --> Böse Kausalitätsprobleme. Kann ich sowohl aus Minkowskidiagrammen als auch Rechenbeispielen leicht nachvollziehen.

Worin liegt der Unterschied, ob ich eine Nachricht via Subraum mit Überlichtgeschwindigkeit sende oder im Realraum? Die Kausalitätsprobleme bleiben doch die selben, oder nicht?

ja, bleiben sie.
Die einzige Möglichkeit, kausale Schleifen zu vermeiden, besteht darin, ein bevorzugtes Bezugssystem einzuführen, das eine absolute Gleichzeitigkeit auszeichnet.

Eine Subraum-Lösung ohne bevorzugtes Bezugssystem bringt nichts. Man kann es so sehen: ein glaubwürdiges FTL-Konzept muss aus zwei Teilen bestehen, einem der erklärt warum keine kausalen Schleifen auftreten, und einem der erklärt wie ein Raumschiff oder Signal überlichtschnell sein kann, ohne dass seine Weltlinie raumartig wird. Der erste Teil kann eigentlich nur in der Annahme eines bevorzugten Bezugssystems bestehen. Konzepte wie der Subaum betreffen allein den zweiten Teil.

Ich persönlich bin allerdings kein Freund der Idee eines höherdimensionalen Raumes, ich bevorzuge eine Physik, in der FTL vollständig im Rahmen der konventionellen Raumzeit möglich ist. Eine Variante wäre eine direkte Manipulierbarkeit der Metrik, die es gestattet, die für eine Warpblase nötige Krümmung vom Blaseninneren aus zu erzeugen (in den ART-Feldgleichungen kann man den metrischen Tensor nicht direkt beeinflussen, sondern nur über den Umweg des Ricci-Tensors, der aus Ableitungen des metrischen Tensors besteht). Eng damit zusammen hängt die Vorstellung, dass die Raumzeit auf fundamentaler Ebene kein metrischer Raum ist, sondern nur ein topologischer Raum, d.h. die Raumzeitpunkte haben zwar Positionen, aber keine von vorneherein festgelegten Abstände, die Metrik ist folglich nur eine sekundäre Eigenschaft. Siehe auch:

http://www.scifi-forum.de/science-fiction/scifi-allgemein/46155-sammel-thread-f-r-ftl-antriebe-verschiedenen-scifi-universen-6.html#post1927872

Wen ja, dann ist ungeachtet aller anderen offenen Fragen bezüglich des Subraums jegliche FTL-Idee mit der SRT unvereinbar.

richtig. Eines der beiden Kernpostulate der SRT, die Gleichberechtigung aller Inertialsysteme, muss fallengelassen werden. Es muss ein absolutes Ruhsystem geben, damit FTL keine kausalen Schleifen erzeugen kann.

Die SRT ist nach meinem Wissen eine recht zuverlässige Beschreibung der Natur. Eine Alternative, welche ebenso zutrefffend ist, meines Wissens nicht in Umlauf.

nunja, eine Modifikation der SRT zu einer Theorie mit bevorzugtem Bezugssystem ist nicht weiter schwierig. Dass man das bevorzugtes Bezugssystem bislang nicht entdeckt hat, kann man damit erklären, dass man einfach noch nicht die richtigen Messmethoden verwendet hat.

Kann eine übergeordnete Theorie, die FTL zulässt und die SRT als Näherung auf einem eingeschränkten Gültigkeitsbereich beinhaltet, überhaupt existieren?

man könnte eine Theorie ersinnen, die, solange man kein FTL verwendet, die gleichen Vorhersagen macht wie die SRT, in der insbesondere das bevorzugte Bezugssystem nur mit FTL-Signalen erkennbar ist.


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Agent Scullie schrieb nach 10 Minuten und 6 Sekunden:

Eine FTL-Variante, die vermutlich theoretisch funktionieren könnte, ist eine FTL-Expansion des Raumes zwischen zwei Objekten (z.B. Planet und Raumschiff.)
Beide würden sich während des Expansionsvorgang dann "aus den Augen verlieren", da EM-Wellen der Expansion nicht folgen könnten... somit könnten sich Massen mit FTL voneinander entfernten ohne Paradoxa zu erzeugen.

das klappt aber nur so lange, wie man nicht zurückfliegt.
Man könnte z.B. in einem Bezugssystem S1 eine Alcubierre-Warpblase erzeugen, die mit hoher Überlichtgeschwindigkeit zum Zielort fliegt. Ist sie am Zielort angekommen, erzeugt man einem zweiten Bezugssystem S2, das gegenüber S1 mit hoher Unterlichtgeschwindigkeit bewegt ist und dessen Gleichzeitigkeit somit gegenüber der von S1 gekippt ist, eine zweite Blase, die von S2 aus gesehen mit hoher Überlichtgeschwindigkeit zum Startpunkt der ersten Blase zurückfliegt. Dann kommt die zweite Blase am Startpunkt an, bevor die erste Blase von dort startet.

Die einzige Möglichkeit, solche kausalen Schleifen zu vermeiden, ist ein bevorzugtes Bezugssystem. Nehmen wir z.B. an, S1 sei dieses System, dann ist eine Reise wie die der zweiten Warpblase verboten, da sie in S1 eine Reise rückwärts in der Zeit wäre.

[McWire]

@Agent Scullie

Vorerst mal Danke für die vielen antworten!

@McWire

Unter Vorraussetzung der Relativität der Gleichzeitigkeit aus der SRT, würde eine Fortpflanzung mit Überlichtgeschwindigkeit Wechselwirkungen ermöglichen, welche von unterschidlichen Bezugssystemen in unterscheidlicher Reihenfolge beobachtet werden --> Böse Kausalitätsprobleme. Kann ich sowohl aus Minkowskidiagrammen als auch Rechenbeispielen leicht nachvollziehen.

Worin liegt der Unterschied, ob ich eine Nachricht via Subraum mit Überlichtgeschwindigkeit sende oder im Realraum? Die Kausalitätsprobleme bleiben doch die selben, oder nicht?

Wen ja, dann ist ungeachtet aller anderen offenen Fragen bezüglich des Subraums jegliche FTL-Idee mit der SRT unvereinbar. Die SRT ist nach meinem Wissen eine recht zuverlässige Beschreibung der Natur. Eine Alternative, welche ebenso zutrefffend ist, meines Wissens nicht in Umlauf. Kann eine übergeordnete Theorie, die FTL zulässt und die SRT als Näherung auf einem eingeschränkten Gültigkeitsbereich beinhaltet, überhaupt existieren?

Die Frage die sich mir auftut: Wenn der Raum expandiert und er dies mit FTL tun würde oder tut, wie kann man das mit der SRT vereinbaren?

Sowohl Kontraktion als auch Expansion sind physikalisch-theoretisch möglich, da man sonst ein statisches Universum hätte, was ja nicht der Realität entspricht.

Klar wird dabei keine Materie oder Energie transportiert, aber dennoch existieren plötzlich neue Orte.
Der Knackpunkt hierbei ist wohl, dass das Licht die Raumexpansion in solch einem Fall niemals einholen wird, sodass es zu keinen Beobachtungsparadoxa kommt.
Zwischen kausal getrennten Räumen ist FTL also möglich.. somit ist FTL grundsätzlich um Gebäute der Physik verankert.

Eine FTL-Variante, die vermutlich theoretisch funktionieren könnte, ist eine FTL-Expansion des Raumes zwischen zwei Objekten (z.B. Planet und Raumschiff.)
Beide würden sich während des Expansionsvorgang dann "aus den Augen verlieren", da EM-Wellen der Expansion nicht folgen könnten... somit könnten sich Massen mit FTL voneinander entfernten ohne Paradoxa zu erzeugen.

Das zu lösende Problem wäre der umgekehrte Vorgang einer FTL-Kontraktion.

Könnte man den Raum zwischen Sonne und Alpha-Centauri mit FTL kontrahieren und dann ein Raumschiffe losschicken und anschließend den Raum wieder mit FTL expandieren, hätte man einen Warpantrieb, der nix anderes macht, als das was das Universum ohnehin ständig tut.
Selbst die Kontraktion wird als möglich angenommen, da es ja auch Weltmodelle mit einem Endknall (Rekollaps) gibt.

[mimesot]

@Agent Scullie

Vorerst mal Danke für die vielen antworten!

@McWire

Unter Vorraussetzung der Relativität der Gleichzeitigkeit aus der SRT, würde eine Fortpflanzung mit Überlichtgeschwindigkeit Wechselwirkungen ermöglichen, welche von unterschidlichen Bezugssystemen in unterscheidlicher Reihenfolge beobachtet werden --> Böse Kausalitätsprobleme. Kann ich sowohl aus Minkowskidiagrammen als auch Rechenbeispielen leicht nachvollziehen.

Worin liegt der Unterschied, ob ich eine Nachricht via Subraum mit Überlichtgeschwindigkeit sende oder im Realraum? Die Kausalitätsprobleme bleiben doch die selben, oder nicht?

Wen ja, dann ist ungeachtet aller anderen offenen Fragen bezüglich des Subraums jegliche FTL-Idee mit der SRT unvereinbar. Die SRT ist nach meinem Wissen eine recht zuverlässige Beschreibung der Natur. Eine Alternative, welche ebenso zutrefffend ist, meines Wissens nicht in Umlauf. Kann eine übergeordnete Theorie, die FTL zulässt und die SRT als Näherung auf einem eingeschränkten Gültigkeitsbereich beinhaltet, überhaupt existieren?

[McWire]

Ein ähnliches Problem hat man beim Alcubierre-Antrieb auf, da bekommt man auch negative Energiedichten und andere unerfreuliche Dinge. Deswegen tendiere ich persönlich dazu, die Manipulation der Metrik einer neuen Physik zu überlassen statt den ART-Feldgleichungen.

Eben Subraumphysik

Auch wenn die Physik aus Star Trek oder Stargate (bei denen nachweislich ein Subraum vorkommt) rein fiktiv sind und viel zu viel Widersprüche aufwerfen, könnte man ja eine reale Physik ähnlicher Eigenschaften finden.

Das Problem mit der Mitführung der exotischen Materie in der Blasenwand ließe sich so lösen, dass man statt exotischer Materie ein Energiefeld mit den gleichen Auswirkungen auf die Raumzeit und den Raum hypothetisch annimmt.

Wenn dieses Energiefeld von einem Punkt ausserhalb der Raumzeit auf die Raumzeit sozusagen projeziert wird, hätte sich das Problem mit der überlichtschnellen Nachführung innerhalb der Raumzeit erledigt.

Das Problem ist nur, dass wir keinerlei Zugriff auf irgendwelchen Dinge ausserhalb der Raum-Zeit haben, warum das eine hypothetisch-mathematische Lösung bleiben würde, genauso wie die Konstruktion einer positiven Fläche mit Hilfe einer negativen Kantenlänge.

In Star Trek hat man das Problem ganz kreativ "gelöst", indem man den Subraum um das Raum-Zeit-Kontinuum gelegt hat und festgelegt hat, dass jeder Punkt des Subraum eine feste Verbindung zu einem Punkt des RZ-Kontinuum aufweist, womit man über eine Veränderung der Subraum-Metrik gleichzeit eine Änderung der RZ-Metrik herbeiführen kann.
Desweiteren hat man festgelegt, dass bestimmte Materialen (Verterium-Kortenid), wenn sie EM-Energie ausgesetzt werden, ein Energiefeld innerhalb des Subraum erzeugen, was den gewünschten Effekt erzeugt.

Auf diese Art und Weise hat man auch das Steuerbarkeitsproblem der Warpblase vom Raumschiff aus "gelöst".

Ich finde den Ansatz genial, auch wenn er sich realphysikalisch nicht im vollen Umfang erklären lässt. Zumindestens Teilaspekte der Subraumtheorie entsprechen Gedankengängen einiger heutiger Theorien.
Die zusätzlichen nötigen Dimensionen kann man aus der M-Theorie ableiten.
Die Wechselwirkung zwischen RZ-Kontinuum und den anderen zusätzlichen Dimensionen lassen sich über die Brane-Theorie erklären, dass das RZ-Kontinuum eine Brane ist, welche durch äußere Einflüsse verändert (z.B. gekrümmt oder gezerrt) werden kann.

Das einzige echte Knackpunkt ist der Übergang zur Einflussnahme von RZ-Kontinuum auf den Subraum.
Ein reales Verterium-Kortenid werden wir kaum finden, also muss man sich was intelligenteres einfallen lassen, als ein technisches Problem in einen fiktiven Stoff zu packen.

[Agent Scullie]

@ Agent Scullie

Richtig, genaugenommen hätte Krümmung der Raum-Zeit und nicht Raumkrümmungsagen müssen. Kann man in de ART überhaupt den Raum krümmen ohne die Zeit mitzubeeinflussen? Wenn ja, was bedeutet das für die Gleichngen?

prinzipiell ja. Mathematisch wird die Krümmung der Raumzeit durch eine 4*4-Matrix mit 16 Komponenten beschrieben (den metrischen Tensor), von denen eine rein zeitlich ist, 3*3 = 9 rein räumlich, und 6 Komponenten sind räumlich-zeitliche Mischterme. Eine Raumkrümmung ohne Beeinflussung der Zeit ist demnach durch eine Manipulation nur der rein räumlichen Komponenten möglich - die ART-Feldgleichungen lassen das tatsächlich zu, allerdings wird die nötige Materieverteilung ziemlich exotisch. Kip Thorne's Wurmlochlösung geht z.B. in diese Richtung, und da tritt eine negative Energiedichte auf.

Ein ähnliches Problem hat man beim Alcubierre-Antrieb auf, da bekommt man auch negative Energiedichten und andere unerfreuliche Dinge. Deswegen tendiere ich persönlich dazu, die Manipulation der Metrik einer neuen Physik zu überlassen statt den ART-Feldgleichungen.

Der Raum un das Schiff in der Warp-Blase ist flach, am Blasenrand auch?

auch dort, überall.

Ich hätte vermutet, dass dies am Rand höchstens in Flugrichtung gewährleistet ist, aber transversale räumliche Verzerrungen sehr wohl existieren. Ich hab dafür keine Begründung, sondern nur den Analogieschluss der Verzerrung von Äquipotentialflächen des elektrischen und magnetische Feldes. Ich würde mir da so eine Art Kontinuitätsgleichung wünschen.

das "Potential" ist hier aber eher raumzeitlicher als räumlicher Natur.

"Beim Alcubierre-Antrieb wird nun die Raumzeit-Metrik manipuliert. Innerhalb einer mit der Geschwindigkeit u bewegten Warpblase gilt ds = sqrt( (cdt)^2 - (dx - u dt)^2 )"

Da stelle ich mir (bzw. dir) gleich die nächste Frage, wie erzeuge ich eigentlich eine solche Kontraktion/Expansion der Raumzeit?

tja, mit den ART-Feldgleichungen ist das in der Tat schwierig. Die Energiedichte müsste nicht nur sehr groß und negativ sein, sie müsste auch mit der Warpblase mitbewegt sein, was aber nicht möglich wäre, da sich sich nicht im Blaseninneren, sondern in den Blasenwänden befinden müsste. Deswegen überlasse ich das wie gesagt lieber einer neuen Physik.

Eine Expansion oder Kontraktion der Raumzeit gibt es übrigens nicht, Expansion und Kontraktion sind Sache des Raumes. Du kannst dir das so vorstellen: im Allgemeinfall kann der Raum gekrümmt sein, expandieren oder kontrahieren, die Raumzeit kann nur gekrümmt sein. Im Alcubierre-Fall ist der Raum nicht gekrümmt, er expandiert und kontrahier nur, die Raumzeit ist gekrümmt.

"allerdings, dieser Zusammenhang ist seit 1915 unter der Bezeichnung Allgemeine Relativitätstheorie bekannt."

Meinst du nicht man könnte anderen ihre Unwissenheit nicht etwas liebevoller klarmachen? Das Forum ist ja für verschiedenste Leute da, ist ja ein SciFi Forum. Die einen erfreuen sich dran, wenn du eine Gleichung aufbereitest, andere wollen lieber mit phänomenologischen Ergebnissen beglückt werden.

der Satz enthält doch gar keine Gleichung

[mimesot]

@ Agent Scullie

Richtig, genaugenommen hätte Krümmung der Raum-Zeit und nicht Raumkrümmungsagen müssen. Kann man in de ART überhaupt den Raum krümmen ohne die Zeit mitzubeeinflussen? Wenn ja, was bedeutet das für die Gleichngen?

Der Raum un das Schiff in der Warp-Blase ist flach, am Blasenrand auch? Ich hätte vermutet, dass dies am Rand höchstens in Flugrichtung gewährleistet ist, aber transversale räumliche Verzerrungen sehr wohl existieren. Ich hab dafür keine Begründung, sondern nur den Analogieschluss der Verzerrung von Äquipotentialflächen des elektrischen und magnetische Feldes. Ich würde mir da so eine Art Kontinuitätsgleichung wünschen.



"Beim Alcubierre-Antrieb wird nun die Raumzeit-Metrik manipuliert. Innerhalb einer mit der Geschwindigkeit u bewegten Warpblase gilt ds = sqrt( (cdt)^2 - (dx - u dt)^2 )"

Da stelle ich mir (bzw. dir) gleich die nächste Frage, wie erzeuge ich eigentlich eine solche Kontraktion/Expansion der Raumzeit?



"allerdings, dieser Zusammenhang ist seit 1915 unter der Bezeichnung Allgemeine Relativitätstheorie bekannt."

Meinst du nicht man könnte anderen ihre Unwissenheit nicht etwas liebevoller klarmachen? Das Forum ist ja für verschiedenste Leute da, ist ja ein SciFi Forum. Die einen erfreuen sich dran, wenn du eine Gleichung aufbereitest, andere wollen lieber mit phänomenologischen Ergebnissen beglückt werden.